最新Nature Catalysis：氯化消毒的100000000倍以上！水消毒新方法

背景介绍

过氧化氢（H₂O₂）作为一种消毒剂有着广泛的应用，其是利用蒽醌载体分子来防止H₂和O₂混合进料的间接工艺在工业规模上生产的。如今，日益严重的气候危机与获得新鲜饮用水密不可分。需要改善水管理和卫生设施是减轻许多社区因缺水而面临的严重风险的关键支柱。因此，必须调整水环境卫生、卫生基础设施和服务，以确保在面临气候相关风险时的可持续性和复原能力，尤其是对于贫穷地区。目前，水的净化是通过氯化、紫外线照射和臭氧氧化等氧化过程来实现，其中氯化消毒的副产品与致癌作用有关。虽然H₂O₂可以提供没有有毒化学残留物的水，但是其低杀孢子活性限制了其在灭菌过程中的应用。事实上，使用浓缩预成型H₂O₂，需要使用稳定剂来防止H₂O₂降解，而这些稳定剂将影响H₂O₂的杀菌效果，化学残留物的累积也是一个问题。然而，预成型H₂O₂的处理效果不如氯化法，限制了其在大规模水处理中的应用。

在2021年7月1日，英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings（通讯作者）等人报道了一种新的水消毒新方法。该方法包括羟基自由基（[OH^•]）在内的活性氧物种（ROS），以及在由氢气（H₂）和空气合成过氧化氢（H₂O₂）的过程中，在AuPd催化剂上形成了H₂O₂和超氧自由基（[O₂^•–]）。通过实验测定发现，其效力是等量预成型H₂O₂的10⁷倍以上，在同等条件下比氯化消毒法的效力高10⁸倍以上。其中，杀菌和杀病毒效果的关键是催化剂上的氢和氧被激活时形成的自由基通量。总之，该方法可以成为水消毒的替代方法的基础，特别是在目前没有传统水补救手段的社区或缺乏饮用水的社区。

总之，在直接合成H₂O₂中，将Au与Pd合金化已被广泛理论化以改善H₂O₂的解吸。作者已经证明AuPd纳米合金还可以有效促进高活性氧基自由基物质释放到溶液中，正如EPR分析所确定的那样，在水消毒中提供了高效能。但是，作者尚未完全确定是OH^•、OOH^•分别消毒还是两者组合消毒，同时还需要在现实条件下进行研究。对比商用H₂O₂或氯化消毒法，H₂和O₂实现的杀菌和杀病毒活性显着增强，揭示了其彻底改变水消毒技术的潜力。事实上，这些观察结果可能证明是一项技术的基础，该技术允许在接触时间对水进行快速消毒，同时还绕过危险消毒副产物的形成并抑制生物膜的形成，生物膜是许多病原体持续存在和繁殖的核心。特别是，持续供应用于水净化的专用化学品存在问题或首选局部水消毒的社区将受益于这种水修复方法。

A residue-free approach to water disinfection using catalytic in situ generation of reactive oxygen species. Nature Catalysis, 2021, DOI: 10.1038/s41929-021-00642-w. https://doi.org/10.1038/s41929-021-00642-w.